Устройство для герметизации устья скважины

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ(71) Заявитель Общественное объединение Белорусский фонд развития и поддержки изобретательства и рационализации Республики Беларусь(73) Патентообладатель Общественное объединение Белорусский фонд развития и поддержки изобретательства и рационализации Республики Беларусь(57) 1. Устройство для герметизации устья скважины, содержащее цилиндрический корпус, жестко связанный с гидроцилиндром, расположенный в гидроцилиндре полый поршень, радиальные каналы для связи с источником давления, установленные в корпусе уплотнительный элемент, направляющие кольца, расположенные над и под уплотнительным элементом, и опорную втулку, Фиг. 1 отличающееся тем, что оно содержит упор, установленный в верхней части корпуса, причем упор, уплотнительный элемент и направляющие кольца выполнены разъемными, а уплотнительный элемент имеет поверх 474 ности разъема с чередующимися выступами и впадинами, сопрягаемыми между собой и образующие поверхности в форме эллипса. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющие кольца в месте разъема имеют косой срез. Полезная модель относится к горной промышленности, а более конкретно к устройствам противовыбросового оборудования бумуфтовой длинномерной трубы (БДТ) и может быть использовано для герметизации устья скважины при ремонте в колтюбинговой технологии. Известен уплотнитель подвижной колонны труб, содержащий корпус, наружный уплотнитель и связанный с корпусом внутренний уплотнитель, состоящий из эластичной армированной металлическими кольцами втулки, рабочего уплотнителя и двух крышек 1. В известном устройстве наличие дополнительного внутреннего уплотнителя усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность. Известен также герметизатор устья скважины, использующийся при проведении спуско-подьемных операций с колонной труб на скважинах, находящихся под давлением 2. Герметизатор содержит цилиндрический корпус с фланцами и с радиальным и центральным осевыми каналами для размещения в последнем колонны труб. В корпусе установлен уплотнительный узел в виде эластичной кольцевой манжеты, которая образует с корпусом кольцевую полость, связанную с источником избыточного давления. Эластичный герметизирующий элемент выполнен в виде тора и установлен с возможностью вращения и осевого перемещения относительно корпуса в кольцевых пазах эластичной кольцевой манжеты, причем пазы выполнены на внутренней поверхности манжеты. Концентрично в корпусе над и под уплотнительным узлом расположены направляющие кольца. Недостатком герметизатора также является сложная конструкция уплотнительного элемента. Кроме того, в известном герметизаторе полость избыточного давления непосредственно связана с эластичным герметизирующим элементом, т.е. давление осуществляется непосредственно на уплотнитель и при вводе трубы в скважину возможен ее разрыв. Также не решен вопрос замены эластичного герметизирующего элемента при проведении технологического процесса. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для герметизации устья скважины, включающее корпус с радиальным каналом для связи с источником давления 3. В верхней части корпуса жестко установлен присоединительный фланец с кольцевыми выступами, один из которых предназначен для упора в него обсадной колонны. Внутри корпуса расположен полый дифференциальный поршень с конической внутренней поверхностью, к которой жестко прикреплены направляющие. На направляющих подвижно установлены клинья со сменными плашками. В корпусе расположен фигурный уплотнительный элемент, под которым находится армирующее кольцо с радиальными пазами на наружной поверхности для размещения в них выступов клиньев. Установленный в корпусе поршень и кольцевой выступ присоединительного фланца образуют надпоршневую полость, а поршень и корпус - подпоршневую кольцевую полость. Обе полости связаны через радиальные каналы с источником давления. Во время работы устройства в подпоршневую полость подают давление, которое воздействует на поршень и смещает его вверх. При этом выступы клиньев взаимодействуют с радиальными пазами кольца и поджимают его вместе с уплотнительным элементом вверх, герметизируя тем самым пространство между наружной поверхностью обсадной колонны и внутренней поверхностью присоединительного фланца. Известное устройство повышает безопасность производимых работ в условиях открытого фонтана. Однако недостатком устройства является наличие направляющих, прикрепленных к поршню, который имеет коническую поверхность, клиньев с выступами и колец с радиальными пазами. Все это усложняет конструкцию устройства и, следовательно, снижает его надежность. В устройстве также не предусмотрена замена уплотнительного элемента во время технологического процесса без глушения скважины. Задачей решаемой предлагаемой полезной моделью является повышение надежности герметизации устья скважины, упрощение конструкции и осуществление замены уплотнительных элементов при проведении ремонтных работ в колтюбинговой технологии с безмуфтовыми длинномерными трубами (БДТ) без глушения скважины. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для герметизации устья скважины, содержащем цилиндрический корпус жестко связанный с гидроцилиндром, в котором размещен полный поршень, радиальные каналы для связи с источником давления, установленные в корпусе уплотнительный элемент с направляющими кольцами, расположенными над и под уплотнительным элементом и опорную втулку, упор 2 474 установлен в верхней части корпуса, причем упор, направляющие кольца и уплотнительный элемент выполнены разъемными. Поверхности разъема уплотнительного элемента выполнены в форме эллипса. Направляющие кольца в разъеме имеют косой срез. Выполнение в верхней части корпуса разъемного упора, выполненного из 2-х половин, и расположенного на верхнем направляющем разъемном кольце позволяет осуществлять смену уплотнительного элемента с опущенной БДТ без глушения скважины, а выполнение упора, уплотнительного элемента и направляющих колец разъемными позволяет легко осуществлять замену уплотнительного элемента во время технологического процесса без глушения скважины. Конструкция уплотнительного элемента, выполненного из упругого материала, и имеющего на поверхности разъема по всей высоте фигурные выступы и впадины, сопрягающиеся между собой, а также образующие поверхности в форме эллипса, позволяет исключить утечку скважинных продуктов и надежно герметизировать устье скважины. Наличие скоса в направляющих кольцах в месте разъема во время работы под действием давления также препятствует прохождению скважинных продуктов и предохраняет уплотнительный элемент. Конкретный пример выполнения устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для герметизации устья скважины, общий вид на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 на фиг. 3 - сечение Б-Б сечения А-А на фиг. 4 - уплотнительный элемент, общий вид на фиг. 5 - сечение В-В фиг. 4 на фиг. 6 - сечение Г-Г фиг. 4. Устройство для герметизации устья скважины содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого установлен упор 2, выполненный из 2-х половин и зафиксированный штырями 3. Внутри корпуса 1 расположен разъемный уплотнительный элемент 4, выполненный из упругого материала. Выше и ниже уплотнительного элемента установлены разъемные направляющие кольца 5, служащие для центрирования трубы (БДТ) 6 относительного уплотнительного элемента 4 и имеющие в разъеме косой срез 7. Нижнее направляющее кольцо 5 установлено на опорной втулке 8, которая опирается на торец полого поршня 9 гидроцилиндра 10, жестко связанного с корпусом 1. Гидроцилиндр 10 снизу имеет крышку 11. Гидроцилиндр 10 через радиальный канал 12 связан с источником давления (на чертеже не показан) и образует с полым поршнем 9 подпоршневую полость 13. В корпусе 1 выполнен радиальный канал 14, также связанный с источником давления (на чертеже не показан) и надпоршневой полостью 15, образованной полым поршнем 9 и корпусом 1. С помощью гайки 16, уплотнительного кольца 17 и крышки 11 устройство крепят на превенторе. Поверхности разъема 18 (фиг. 6) уплотнительного элемента 4 выполнены с углом наклона 5 и имеют по всей высоте чередующиеся фигурные выступы 19 и впадины 20, сопрягаемые между собой (фиг. 5). Образующие поверхности уплотнительного элемента 21 и 22 имеют форму эллипса (фиг. 6). Устройство работает следующим образом. Перед началом работы на скважине по колтюбинговой технологии устройство для герметизации устья скважины крепят на превенторе с помощью гайки 16 и уплотнительного кольца 17. Трубу (БДТ) 6 заводят в устройство до начала выхода ее конца из устройства при перекрытой превентором фонтанной арматуры скважины. Через радиальный канал 12 в подпоршневую полость 13 подают давление, которое воздействует на полый поршень 9 и смещает его вверх. При этом полый поршень 9 через опорную втулку 8 сжимает уплотнительный элемент 4 между направляющими кольцами 5,упором 2, корпусом 1 и наружной поверхностью трубы (БДТ) 6, и под действием давления плотно прижимает его к трубе (БДТ) 6. При этом на поверхностях разъема 18 чередующиеся выступы 19 и впадины 20 сопрягаются между собой и уплотняются, исключая утечку скважинных продуктов через разъем уплотнительного элемента 4. Радиальный канал 12 подпоршневой полости 13 закрывается запорным устройством и контролируется датчиком давления (не показан). Производится спуск трубы 6 в скважину и необходимая технологическая обработка скважины. Скважинное давление, при его наличии, воздействует на торцы опорной втулки 8 и полого поршня 9, которые сжимают уплотнительный элемент 4, и способствуют тем самым уплотнению трубы. При сжатии уплотнительного элемента 4 поверхности разъема 18, выполненные с чередующимися впадинами 20 и выступами 19, сопрягаемыми между собой, дополнительно сжимаются и уплотняются, благодаря чему исключается утечка скважинных продуктов через уплотнительный элемент 4. Направляющие кольца 5, выполненные из цветного металла направляют трубу 6 и очищают ее от налипших скважинных продуктов и частиц, способствуя тем самым уменьшению износа уплотнителя, а косой срез 7 разъема направляющих колец 5 исключает утечки скважинных продуктов, т.к. уплотняется под давлением. В случае необходимости замены уплотнительного элемента в процессе проведения технологической операции с заведенной трубой (БДТ) 6, опускание трубы 6 прекращают. Закрывают трубные плашки превентора и снимают гидравлическое давление в подпоршневой полости 13. Поршень находится в нижнем положении. Снимают штыри 3 разъемного упора 2. В подпоршневую полость 13 через радиальный канал 12 подают давление. При этом полый поршень 9 движется вверх до конца хода и выталкивает разъемные упор 2, направляющие кольца 5 и уплотнительный элемент 4. Упор 2, уплотнительный элемент 4 и направляющие кольца 5 3 474 убираются. Давление из подпоршневой полости 13 снимают и передают через радиальный канал 14 в надпоршневую полость 15. Полый поршень 9 опускается и производится замена уплотнительного элемента 4. Разъемные упор 2, новый уплотнительный элемент 4 и направляющие кольца 5 устанавливают в рабочее положение корпуса 1 и фиксируют штырями 3. В полость 13 через радиальный канал 12 подают давление, сняв его в надпоршневой полости 15 и технологический процесс продолжается. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4